堰塞坝险情处置与开发利用保障技术与装备研发

张宗亮1，何  宁2, 3，周彦章*2, 3，王环玲4，赵  春5，张  嘎6，肖恩尚7, 3

(1. 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051；2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；3. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029；4. 河海大学，江苏 南京 210024；5. 中国水利水电科学研究院，北京 100038；6. 清华大学，北京 100084；7. 中国水电基础局有限公司，天津 301700)

摘  要：为保障人民生命财产安全和国家社会经济安全可持续发展，应对自然灾害时趋利避害，在减少灾害损失的同时最大程度地利用自然界的无穷力量为人民造福，是国家和行业发展要求的重大趋势。“十三五”国家重点研发计划项目“堰塞坝险情处置与开发利用保障技术与装备研发”针对重大科技问题挑战，从机理揭示和基础理论及应用基础研究、应用技术与装备研发、技术集成与应用示范多层次开展研究工作，在堰塞坝险情演化过程、长期工作性态演变机理、开发利用理论与综合整治技术等方面形成了具有新时期行业特色的创新成果，能够为堰塞坝险情处置、开发利用工程建设和长期安全运行提供重要理论依据和先进技术保障，确保堰塞坝开发利用工程充分发挥消除洪水灾害隐患、改善当地供水与灌溉条件、除害兴利等作用功效，社会经济效益显著。

关键词：堰塞坝；险情处置；开发利用；安全保障；长期工作性态；综合整治技术

长距离调水工程建设与安全运行集成研究及应用

杨启贵1，张传健1，颜天佑2，刘  琪2，李建贺2

(1．长江设计集团有限公司，湖北 武汉 430010；2．长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010)

摘  要：基于国家跨流域调水工程建设重大需求和相关学科国内外最新研究发展，以滇中引水、引汉济渭、新疆大埋深隧洞等典型调水工程为依托，针对“大埋深隧洞开挖围岩响应模式与灾变机制”、“大埋深隧洞围岩–支护体系协同承载机理与全寿命设计理论”、“地震等自然灾害下输水建筑物的响应特征及灾变模式”等重大科学问题，以及“大埋深隧洞灾害预测预报与防治成套技术”、“隧洞穿越活断层抗断技术”、“大跨度高架渡槽抗震技术”、“闸泵阀关键设备研发及智能控制技术”、“调水工程全寿命周期安全监控与调控技术”等关键技术，开展了包括“大埋深隧洞岩体工程特性测试技术与综合评价方法”在内的10个方面的研究。提出了千米级深埋隧洞的地球物理探测及岩体特性测试技术与围岩特性评价方法，形成了隧洞高压突涌水预测与防治成套技术，开发了15 MPa超高压灌浆技术装备，提出了隧洞穿越错动量达0.5 m活断层抗断结构，研发了Ⅷ度强震区大型高架渡槽的抗震技术，并研制完成了220 m扬程40 MW级泵组、DN2000智能流量调节阀安全控制成套技术，形成了长距离调水工程建设及安全运行成套技术装备。项目相关研究成果已在依托工程中示范应用，为工程建设运行提供了坚实的技术支撑，同时有助于推动长距离调水及相关工程领域的技术进步，保障中国水资源宏观调控战略的有效实施，具有显著的社会、经济和生态效益。

关键词：长距离调水工程；大埋深隧洞；围岩-支护体系；不良地质；智能仿真；高架渡槽；闸泵阀系统；运行保障

高土石坝变形破坏过程预测理论和防控技术创新

陈生水

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029)

摘  要：中国是世界上高土石坝数量最多的国家，复杂建坝条件和恶劣服役环境下高土石坝建设和长期安全保障面临严峻技术挑战。介绍了“十三五”国家重点研发计划项目“复杂条件下特高土石坝建设与长期安全保障关键技术”的主要成果：揭示了粗粒土颗粒破碎对高土石坝变形的影响机制、粗粒土加载变形和流变变形服从不同流动准则的规律，以及坝基深厚覆盖层原位结构损伤演化规律，建立了精准预测高土石坝坝体和坝基变形发展过程和分布规律的本构理论；基于计算接触力学理论建立了模拟高土石坝不同材料界面复杂接触问题的非线性数值计算方法和模拟高土石坝三维裂缝萌生—扩展全过程的数值计算方法；发展了实用的非饱和土固结理论，实现了高心墙坝全生命期变形与渗流耦合过程的精细模拟；建立了高面板坝面板太阳热辐射温度应力场和结构破损过程模拟计算方法；研发了适用于高土石坝填筑、蓄水、运行等全过程模拟的高性能软件平台；针对特高土石坝建设和运行过程中常见病害，提出了相应的特高土石坝变形破坏防控技术。

关键词：高土石坝；变形破坏；计算理论方法；防控技术

枢纽工程重要构筑物（群）与地质环境互馈作用机制与控制技术

汪小刚1，陈益峰2，卢  波3，王玉杰*1，徐卫亚4，杨  强5，张希巍6

(1. 中国水利水电科学研究院，北京 100048；2. 武汉大学，湖北 武汉 430072；3. 长江水利委员会长江科学院，湖北 武汉 430010；4. 河海大学，江苏 南京 210024；5. 清华大学，北京 100084；6. 东北大学，辽宁 沈阳 110819)

摘  要：紧密结合中国重大水利水电工程长期安全调控的迫切需求，深入研究开挖卸荷、水库蓄水、水位交变、泄洪雨雾及库区气候变化条件下，库区及枢纽区渗流场、应力场和参数场（岩土力学性能参数、加固系统功能指标）的动态演化和耦合作用机理，建立并形成了地质环境变化趋势预测的理论和方法；系统研究不同构筑物（库岸边坡、高坝岩基和大型地下洞室群）与地质环境的互馈作用机制，完善并发展了基于地质环境演化的构筑物工作性状动态分析方法和调控技术，研发了与变化环境相适应的加固系统（特别是锚固体系）长效延寿成套装备与工法，并在实际工程中得到示范应用。

关键词：枢纽工程重要构筑物；参数场；地质环境；互馈作用；安全控制技术

高寒区长距离供水工程能力提升与安全保障技术               

蔡正银1，张  晨2，朱  洵2，黄英豪2，王  羿2

（1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210024）

摘  要：长距离引调水是解决水资源时空分布不均，保障国家水资源重大战略布局的重要措施，属于名副其实的“生命线”工程。位于中国西北地区的供水渠道大多面对极端寒冷、异常干旱、复杂地质环境等恶劣自然条件，冻胀、水胀、盐胀等灾害频发，极大影响渠道供水效率，严重威胁渠道运行安全，成为制约地方社会经济可持续发展的巨大障碍。“十三五”国家重点研发计划项目“高寒区长距离供水工程能力提升与安全保障技术”以北疆大型供水渠道工程为依托，以水资源高效利用为目标，以确保供水安全为宗旨，以工程防灾减灾为突破点，通过近四年联合攻关，在高寒区输水渠道劣化机理、抗冻升级改造技术、低温运行控制技术以及安全保障与风险防控技术等方面取得一系列创新成果，社会、经济和环境效益显著，应用前景广阔，意义重大。

关键词：高寒区；供水渠道；冻胀；劣化机理；低温运行

季节冻土区非饱和膨胀土水–热–变形耦合冻胀模型

凌贤长1，罗  军*2，耿  琳3，唐  亮1

（1. 哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150090；2. 中国科学院力学研究所，北京 100190；3. 中国铁道科学研究院集团有限公司高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京 100081)

摘  要：中国季节冻土区发育大面积深厚残坡积膨胀土，其特有的“冻胀融沉”“膨胀收缩”特性诱发诸多工程病害问题。针对季节冻土区非饱和膨胀土的冻胀变形机制问题，以延吉膨胀土为研究对象，开展了膨胀土冻胀特性试验研究，证明了膨胀土吸水膨胀特性对其冻胀特性有显著影响，据此提出了考虑相变动力区的非饱和膨胀土冻结－胀缩牵连机制。基于冻土多场耦合分析方法、结晶动力学理论，建立了非饱和膨胀土水－热－变形耦合冻胀模型FH_ex_Model，并予以验证。该模型能够反演出非饱和膨胀土冻胀过程中的冻胀变形分量和膨胀变形分量。此外，根据上述研究，建议在膨胀土工程场地中应当重视初冻期冻结作用诱发的高膨胀变形，同时稳定冻深以下区域的场地变形不容忽视。

关键词：季节冻土区；非饱和膨胀土；冻胀试验；冻结–胀缩机制；多场耦合；冻胀模型

堰塞湖风险评估快速检测与应急抢险技术和装备研发

蔡耀军1,2，周  招2，杨兴国3，魏迎奇4，郑东健5，彭文祥1,6，钟启明7，王  衡8

(1. 长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010；2. 长江设计集团有限公司, 湖北 武汉 430010；3. 四川大学，四川 成都 610065；4. 中国水利水电科学研究院，北京 100048；5. 河海大学，江苏 南京 210024；6. 国家大坝安全工程技术研究中心，湖北 武汉430010；7. 南京水利科学研究院，江苏 南京210029；8. 中国葛洲坝集团勘测设计有限公司，湖北 武汉 430073)

摘  要：中国西南高山峡谷地区极易因降雨或地震造成山体滑坡、泥石流堵塞天然河道形成堰塞湖，堰塞湖漫顶溃决极易形成超过历史最大天然洪水的溃决洪峰，严重威胁沿岸人民群众生命财产安全并破坏生态环境。鉴于当前堰塞湖风险处置技术水平尚难以满足堰塞湖高效应急处置需求，“十三五”国家重点研发计划项目“堰塞湖风险评估快速检测与应急抢险技术和装备研发”以“高效快速、科学减灾”为目标，通过3年联合攻关，在揭示堰塞湖形成及溃决机理、堰塞湖多源信息快速获取、堰塞湖险情监控预警、堰塞湖风险评估以及堰塞湖应急处置和抢险装备研发等方面取得一系列创新成果，为堰塞湖高效处置提供了理论方法和科学手段，社会和经济效益显著，具有广阔的应用前景。

关键词：堰塞湖；溃决机理；多源信息；风险评估；应急处置

膨胀土滑坡和工程边坡新型防治技术研究

徐永福1，程  岩1，肖  杰2，林宇亮3，戚顺超4

(1. 上海交通大学土木工程系，上海 200240；2. 长沙理工大学，湖南 长沙 410114；3. 中南大学，湖南 长沙 410083；4. 四川大学，四川 成都 610065)

摘  要：国家重点研发计划项目“膨胀土滑坡和工程边坡新型防治技术研究（2019YFC1509800）”基于蒙脱石表面的分形模型，根据等温吸附理论，揭示膨胀土的水力作用机理，建立了膨胀变形理论和广义有效应力理论，提出了裂隙性膨胀土的剪切强度理论；根据膨胀土边坡失稳特征，将膨胀土边坡失稳滑动分为浅层裂隙控制滑坡和深层结构面控制滑坡，针对两种膨胀土滑坡类型，提出了膨胀土边坡安全性评价方法；将膨胀土边坡防治技术分为三类：分“隔”技术、支“挡”技术和加“固”技术（简称“隔”、“挡”、“固”）。分“隔”技术包括非膨胀性黏土盖层、土工编织袋、加筋反包和防排水结构层，支“挡”技术主要为各类挡土墙，如桩板墙、土工编织袋挡墙等，加“固”技术主要包括抗滑桩、锚杆等；提出了土工编织袋、加筋反包和桩板墙防治技术的标准化设计方法，完成了土工编织袋、加筋反包、防排水结构层和桩板墙的应用示范工程，采用现场全自动实时监测技术，验证了膨胀土边坡防护效果。

关键词：膨胀土；工程边坡；滑坡；防治；标准化

膨胀土滑坡与工程边坡新型防治技术与工程示范研究

叶为民1，孔令伟2，胡瑞林3，查甫生4，石胜伟5，刘樟荣*1

(1. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；2. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071； 3. 中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室, 北京 100029；4. 合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009；     5. 中国地质科学院探矿工艺研究所，四川 成都 611734)

摘  要：中国膨胀土分布十分广泛且与人类活动密集区高度重叠。由于其胀缩性、裂隙性与超固结性（“三性”）特征，膨胀土极易受气候变化和工程活动影响而诱发滑坡灾害。然而，传统的防治技术无法适应具有“三性”特征的膨胀土滑坡与工程边坡治理要求，导致滑坡屡治不止，成为工程“癌症”。“十三五”国家重点研发计划项目“膨胀土滑坡与工程边坡新型防治技术与工程示范研究”紧扣膨胀土的“三性”及其互馈作用，揭示了膨胀土滑坡和工程边坡的失稳机理与关键致灾因子，突破了膨胀土边坡多场信息监测与滑坡灾害早期预警技术，研发了“表-浅-深”一体化的膨胀土边坡韧性生态防护技术，形成了膨胀土边坡防护工程健康诊断方法与快速修复技术，初步集成了膨胀土边坡生态防护综合技术体系并实施工程示范三处。项目研究成果为膨胀土滑坡与工程边坡防治提供了新理论、新技术和新工法，社会、经济和环境效益显著，应用前景广阔。

关键词：膨胀土；安全评价；监测预警；防治技术；诊断修复；工程示范

堤防险情演化机制与隐患快速探测及应急抢险技术装备

邬爱清，吴庆华

（长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，湖北 武汉 430010）

摘  要：中国洪涝灾害问题突出，防洪减灾关系人民生命财产安全和社会稳定。堤防工程是中国防洪体系的重要基础，具有线路长、隐患多、险情频发等特点。目前，对堤防抢险仍然以人海战术为主，抢险效率低，其主要原因是对堤防险情演化机理认识不够系统，缺乏高精度的堤防隐患探测抢险技术与装备，抢险技术装备化程度不高，难以应用抢险实际。“十三五”国家重点研发计划项目“堤防险情演化机制与隐患快速探测及应急抢险技术装备”以长江、黄河、松花江等流域典型堤防工程为依托，以提高堤防工程防御能力为目标，以提高堤防隐患探测精度和应急抢险效率为关键突破点，在堤防工程安全分类、典型堤防险情演化机理、堤防工程安全运行风险评价理论、智能化监测与信息化预警、堤防隐患快速探测和应急抢险技术装备等方面取得一系列创新成果，社会和经济效益显著，应用前景广阔，为中国堤防防灾能力提升提供系统技术支撑，具有重要意义。

关键词：堤防工程；险情；隐患；抢险；装备

强震作用下特高土石坝多耦合体系损伤演化机理及安全评价准则

邹德高1,2，刘京茂*1,2，孔宪京1,2，陈  楷1,2，屈永倩1,2，宁凡伟1,2，龚  瑾1,2

(1. 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024；2. 大连理工大学水利工程学院工程抗震研究所，辽宁 大连 116024)

摘  要：中国西部拟建多座坝高250～300 m级别的特高土石坝工程，但西部地区地震频度高、强度大，地震的突发性和不确定性对这些特高土石坝的抗震安全构成了巨大威胁。高土石坝抗震安全评价是多系统、真三维、非线性、非连续的复杂问题。然而，传统高土石坝动力分析方法仍在弱非线性范围内，各种相互作用的影响大多被简化并孤立进行，难以对强震作用下特高土石坝动力破坏过程、耦合效应及其影响进行深入研究和科学认识。面向中国300 m级特高土石坝建设需求，依托RM、拉哇等特高土石坝，重点突破了筑坝材料强非线性、大坝-地基-库水动力相互作用、精细化建模和分析方法、自主高性能计算软件以及极限抗震能力评价方法和标准等方面的一系列科学问题和技术难题。研究成果为特高土石坝抗震安全设计提供了先进的评价方法和标准。

关键词：高土石坝；地震；结构与地基相互作用；精细化分析；极限抗震能力

特大滑坡实时监测预警与技术装备研发

朱  武1，张  勤*1，朱建军2，黄观文1，王彦平3，朱鸿鹄4，胡  伟5，胡  俊2

(1. 长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054；2. 中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083；3. 北方工业大学信息学院，北京 100144；4. 南京大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210023；5. 成都理工大学环境与土木工程学院，四川 成都 610059)

摘  要：特大滑坡灾害具有体量大、隐蔽性强、突发性强、破坏性强的明显特点，一旦发生将带来严重的人民生命财产损失。实施特大滑坡监测预警对防灾减灾至关重要。与不断创新发展的国际先进技术相比，中国在特大滑坡监测预警领域存在监测装备精度低、成本高等问题，难以实现实时动态跟踪和精准监测预警。基于此，为提升我国特大滑坡灾害防灾减灾水平，在“十三五”国家重点研发计划“特大滑坡实时监测预警与技术装备研发”专项的支持下，项目组突破了滑坡动态跟踪、实时监测、精准预警等关键核心技术，研发了低成本、大视场、智能化、高精度的滑坡实时监测装备，构建了多传感集成的滑坡实时监测预警系统，成功预警多起滑坡事件，实现人员零伤亡和财产零损失，显著提升了中国滑坡灾害防灾减灾水平。

关键词：特大滑坡；动态跟踪；实时监测；精准预警

水库大坝安全诊断与智慧管理关键技术与应用

盛金保1, 2，向  衍1, 2，杨德玮1, 2，严吉皞1, 2，董  凯1

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029)

摘  要：中国水库大坝建设水平世界领先，但管理水平相对滞后，突出表现在管理手段落后、信息化应用程度低，出险甚至溃坝事故仍时有发生，亟待加强传统水利与现代信息技术融合，充分应用大数据、人工智能、机器学习等现代信息技术，实现水库大坝安全智能诊断和智慧管理。“十三五”国家重点研发计划项目“水库大坝安全诊断与智慧管理关键技术与应用（2018YFC0407100）”以澜沧江流域代表性水电工程等为依托，以水资源高效利用为目标，以确保水库大坝安全为宗旨，以工程防灾减灾为突破点，通过近四年的联合攻关，在大型复杂水工结构性能演化测试装备与智能诊断技术、大坝结构与服役环境互馈仿真及智能监控关键技术、基于大数据的大坝安全诊断与预警关键技术等方面取得系列创新成果，为进一步健全中国大坝安全保障体系和强化预报、预警、预演、预案“四预”措施提供科技支撑，全面保障水库大坝安全运行和综合效能发挥，具有极高的科学价值和广阔的推广应用前景，社会效益、经济效益和生态环境效益极其显著。

关键词：水库大坝；安全；大数据；智能诊断；智慧管理